煤系形成与板块构造的关系
中国的煤系地层,主要发育在板块构造的三种部位:
(1)煤系发育在板块前缘增生带
中国的大部分煤系都发育在板块前缘增生带的海陆交互地带。如华北板块从上石炭世到早二叠世形成的煤系,都是发育在华北板块北移时的前缘增生带上。华北板块由于经历了从中奥陶世末到早石炭世末长时期的风化剥蚀,地势平坦,海水由北向南漫侵,煤层层位也由北向南抬高,从东北到淮南都广泛发育了煤系沉积。现在华北之所以有的地区没有煤系分布,是后期构造运动使煤系被剥蚀的结果。南华板块在早石炭世末与华北板块分离后,整个扬子板块及华夏板块北部都处在南华板块的前缘增生带中,形成碳酸盐沉积。随着板块的北移,板块前缘增生带的海陆交互带也发生北移,到中二叠世,在南岭两侧出现了海陆交互相,形成中二叠世煤系,如龙岩组煤系、上饶组煤系等。晚二叠世,板块前缘增生带向北增长,海陆交互带移到赣中一带,形成了龙潭煤系。川疆板块从泥盆纪初就开始形成向北增生的前缘增生带,到侏罗纪末才结束,时限非常长,应该有丰富的煤炭资源生成。
板块前缘增生带形成的煤系,所含煤层层数不太多,但一般均比较稳定,标志层清楚。煤炭和石油虽然都形成于板块前缘增生带中,但是石油一般生成在板块前缘增生带靠近前沿的地带,即波浪带以下地带,而煤炭则形成于板块前缘增生带的后部,即海陆交互地带。
(2)煤系发育在板块中部拉薄拗陷中
在湘赣粤一带发育的早石炭世测水煤系及梓山煤系,是板块中部受拉张力产生的拉薄盆地(湘桂盆地)北侧海陆交互地带形成的煤系。这是华北、扬子和华夏板块连成的联合板块北移时,在板块中部的拉薄拗陷构造中形成的。广西、湘南一带为拗陷盆地的中心,海水从钦防海槽,自西向东侵入盆地中心,并向东、向北海侵,形成海陆交互相的煤系。该煤系是我国能形成工业储量并正在进行煤炭开采的时代最早的煤系。该煤系煤层较稳定,但灰分和含硫量较高。我国近年在志留纪残留海形成的地层中大力开发页岩气,而志留纪残留海地层页岩气的含量显然远远比不上测水煤系与梓山煤系盆地中页岩气的含量,和安源煤系相比,则差得更远。
(3)煤系发育在板块碰撞带两侧的拗陷盆地中
扬子(南华)板块与华北板块碰撞对接,形成了主被动板块碰撞构造,板块碰撞隆起带在秦岭—大别山一线。华北板块为被动板块,板块碰撞隆起带北侧的拗陷带发育较晚,在侏罗纪离隆起带较远,主要在阴山、燕山以北的内蒙古南部、陕北、晋北、冀北及辽南鲁北一带,称三北拗陷。当时的地势是东高西低,河流由鲁冀向西经晋北流入鄂尔多斯盆地。鄂尔多斯盆地为中特提斯海东面的盆地,类似于现在的地中海,其东部河流流入形成大型三角洲,内蒙古南部、陕北及甘肃东部的巨厚煤层主要因此形成。该盆地范围有限,但煤层巨厚,形成的煤炭储量十分巨大。
秦岭—大别山板块碰撞隆起带南侧,扬子板块北部濒临隆起带的部位也形成了拗陷带,即江南拗陷,呈近东西走向,自川中北向东经湘北、湖北、赣北到皖中南,面积约120万平方千米。其规模与三北拗陷相近,但拗陷幅度更大。其形成时代应从中三叠世初,到晚三叠世末结束。海水由西面的中特提斯海灌入,形成安源煤系沉积。目前安源煤系定为晚三叠世,但在江南拗陷的中北部,推测有中三叠世的煤系存在。
由于秦岭—大别山板块碰撞构造是主被动板块碰撞构造,扬子板块前缘深深插入到华北板块基底与盖层之间,华北板块盖层向南超覆,将整个江南拗陷全部覆盖。风化剥蚀后,地表残留的主要为上元古界的地层,中国地质界称为“江南古陆”,其下应潜伏着江南拗陷的安源煤系。
由于江南拗陷的拗陷幅度很大,整个拗陷带都形成了海陆交互相的煤系沉积。在拗陷带东段的南部,随着拗陷带的形成,还等距离地发育了一些张裂带,在海水由中特提斯海灌入江南拗陷时,也在晚三叠世灌入到这些张裂带中,就成了江南拗陷的分支拗陷,在古地理上,就是江南拗陷盆地的支杈海湾,从而也发育了安源煤系。这些分支拗陷的北部被华北板块超覆体覆盖,中南部仍露出地表,赋存的煤炭被开发利用。江西开采的煤炭约有一半采自这些分支拗陷的安源煤系中。由此可见,江南拗陷中蕴藏的煤炭储量是何等巨大,这是全国唯一一个没有得到勘探和开发的煤系分布区,是值得特别关注的地区。
江南拗陷向南的分支拗陷,在江西有三条。最西面的分支拗陷自宜丰、万载向南,经萍乡到永新天河。江西安源煤系的煤炭中,萍乡安源是江西最早开采的煤产地。当中分支从棠浦到新余一带形成的煤炭储量颇大。另一分支从南昌市新建区西山向南,经南昌县向塘、石岗一带到丰城市攸洛一带。向塘、石岗一带被白垩纪红层覆盖,攸洛一带煤炭储量巨大,已勘探储量有上亿吨。但由于煤系形成时火山喷发,大量火山灰散落在煤系分布区,致使大片煤系分布区没能形成煤层,已成煤的灰分又太高,发热量往往不足3000大卡,限制了其开发利用。东部分支约从乐平向南,到弋阳梅溪桥、横峰西山坞一带,由于元古代地层覆盖,出露不太好,一般为1千万到2千万吨左右储量的矿区。煤层层数西部较多,萍乡一带可达上十层,东部较少,仅两层左右。煤层稳定性西部较差,东部较好。分支拗陷间的距离约为200千米左右。由江西到浙江境内,可能还有类似的分支拗陷存在,只是由于华北板块超覆盖层的推挤,使皖浙赣一带古生代地层向南推覆,形成天目山、怀玉山等弧形山地,覆盖了分支拗陷的安源煤系。按照江西分支拗陷的间距向东推算,在怀玉山、天目山的山间河谷切割地或公路与高铁涵洞中,可能会见到分支拗陷中的安源煤系。
由上可见,板块碰撞构造隆起带两侧拗陷盆地中所形成的煤系,分布范围虽然不是很大,但含煤性却最好,煤层厚度巨大,储量异常丰富,是最需要特别关注的。
板块构造不但严格控制了煤系的形成,而且对煤系与煤层的破坏与赋存有非常密切的关系。例如在江南弧形构造的弧形隆起带中的煤系和煤层,无论在湖南、江西、广东还是福建,煤系往往被推覆构造抬高,被断层切割,又被滑覆构造保存,形成两层楼甚至三层楼的构造,煤层多次重复。推覆构造的发育,使煤层抬高,受到剥蚀,而滑覆构造的发育,又使煤层得以保存,不被剥蚀殆尽。福建龙岩煤田就是滑覆构造保护煤层的最好例证。
中华人民共和国成立以来,曾开展过四次全国性的煤田预测,所采用的煤田预测方法都是在老矿或勘探区附近寻找遗漏的矿区,是为煤田地质勘探寻找新的勘探点,不是真正的煤田预测,其结果仅是老矿周围挖潜,不能找到新的煤田。只有引用板块构造理论,在可能成煤的三种地质构造部位寻找漏失的煤系地层,才可能找到新的煤田。如江西中二叠世,从赣南到上饶,都处在相同的古地理环境,发育有相同的煤系地层,但在上饶到瑞金之间,却不见该时代的煤系分布。这些煤系到哪里去了?它们应该是被武夷山推覆构造的推覆体所覆盖,在该地带修建高速公路或高铁的涵洞中,有时可以见到,如果开展工作,应当可以找到相当储量的煤炭。又如福建、广东和湘南都分布了中二叠世的煤系地层,已找到该地主要的煤炭资源,可是在它们当中的赣南,中二叠世的煤系却只有零星分布,原因是赣南是武夷山推覆构造、南岭滑覆构造和罗霄山滑覆构造的交会处,至今尚未弄清三种构造的边界和构造特征,对于其下覆盖的煤系就更搞不清楚了。再如从川西到南疆,原是中特提斯海的南岸,川疆板块从晚世炭世到侏罗纪末,都在向北移动,应当在中特提斯海南岸发育了很大的板块前缘增生带,应当形成很多很厚的煤系地层,赋存丰富的煤炭资源,但至今尚不了解该板块增生带上煤系和煤层的发育情况。也许有的地方已在开采该板块前缘增生带的煤炭,但却弄不清其归属,如果深入研究,必可发现巨大的煤炭储量。还要引起注意的是,这个板块前缘增生带也同时赋存了丰富的石油,由于没有板块构造的理念,对这些石油,尚无人问津。